• Bug'lanish va kondensatsiya.

Yaxshi yopilgan parfyum shishasi juda uzoq vaqt turishi mumkin va undagi parfyum miqdori o'zgarmaydi. Agar shisha ochiq qolsa, uzoq vaqtdan keyin unga qaraganingizdan so'ng, unda suyuqlik yo'qligini ko'rasiz. Aromatik moddalar erigan suyuqlik bug'langan.

Ammo bu hodisani qanday izohlash mumkin?

Suyuqlikdagi molekulalar tasodifiy harakat qiladi. Suyuqlikning harorati qancha yuqori bo'lsa, molekulalarning kinetik energiyasi shunchalik katta bo'ladi. Ma'lum bir haroratda molekulalarning kinetik energiyasining o'rtacha qiymati ma'lum bir qiymatga ega. Har bir molekula kinetik energiyaga ega bu daqiqa o'rtachadan kam yoki ko'p bo'lishi mumkin. Bir nuqtada, alohida molekulalarning kinetik energiyasi shunchalik katta bo'lishi mumkinki, ular boshqa molekulalarning jozibador kuchlarini engib, suyuqlikdan uchib chiqishlari mumkin. Bu jarayonbug'lanish.

Qochib ketayotgan molekula gazning tasodifiy termal harakatida ishtirok etadi. Tasodifiy harakatlanib, u ochiq idishdagi suyuqlik yuzasidan doimiy ravishda uzoqlashishi mumkin, lekin u yana suyuqlikka qaytishi mumkin. Bunday jarayon deyiladikondensatsiya.

Agar idish ustidagi havo oqimi suyuqlikning hosil bo'lgan bug'larini olib ketsa, suyuqlik tezroq bug'lanadi, chunki bug' molekulasi suyuqlikka qaytish qobiliyatini kamaytiradi. Suyuqlikning harorati qanchalik yuqori bo'lsa, suyuqlikdan qochish uchun etarli bo'lgan molekulalar soni shunchalik ko'p bo'ladi kinetik energiya bug'lanish tezroq bo'ladi.

Bug'lanish jarayonida tezroq molekulalar suyuqlikni tark etadi, shuning uchun suyuqlik molekulalarining o'rtacha kinetik energiyasi kamayadi. Bu suyuqlikning haroratida pasayish borligini anglatadi. Qo'lingizni tez bug'lanadigan suyuqlik (benzin yoki aseton) bilan namlaganingizdan so'ng, siz namlangan joyning kuchli sovishini darhol his qilasiz. Agar qo'lingizga puflasangiz, sovutish kuchayadi.

Agar siz suyuqlikni bug'lanish imkoniyatidan mahrum qilsangiz, uning sovishi ancha sekinroq sodir bo'ladi. Yog'li sho'rva qancha vaqt sovishini eslang. Uning yuzasida yog 'qatlami tez suv molekulalarining chiqishiga to'sqinlik qiladi.

• To'yingan bug '.

Agar suyuqlik bilan idish mahkam yopilgan bo'lsa, unda uning pasayishi tez orada to'xtaydi. Doimiy haroratda suyuqlik - bug 'tizimi termal muvozanat holatiga keladi va unda o'zboshimchalik bilan uzoq vaqt qoladi. Bug'lanish jarayoni bilan bir vaqtda kondensatsiya ham sodir bo'ladi, ikkala jarayon ham o'rtacha bir-birini qoplaydi.

Birinchi lahzada suyuqlik idishga quyilgan va yopilgandan so'ng, suyuqlik bug'lanadi va uning ustidagi bug 'zichligi ortadi. Biroq, shu bilan birga, suyuqlikka qaytadigan molekulalar soni ham ortadi. Bug 'zichligi qanchalik baland bo'lsa, shuncha yuqori bo'ladi Ko'proq uning molekulalari suyuqlikka qaytariladi. Natijada, doimiy haroratda yopiq idishda, dinamik(mobil) muvozanat suyuqlik va bug 'o'rtasida, ya'ni suyuqlik yuzasidan chiqadigan molekulalar soni o'rtacha bir vaqtning o'zida suyuqlikka qaytib keladigan bug' molekulalari soniga teng.

Suyuqligi bilan dinamik muvozanatda bo'lgan bug' deyiladi to'yingan bug ' .

Suyuqlikning erkin yuzasidan yuqorida har doim bu suyuqlikning bug'lari bug'lanish natijasida hosil bo'ladi. Agar suyuqlikning bo'sh yuzasi ustidagi bo'shliq biron bir devor bilan chegaralanmagan bo'lsa, bug'langan moddaning molekulalari yoki atomlari xaotik termal harakatni amalga oshirib, suyuqlik yuzasidan uzoqlashadi. Suyuqlik yuzasidan bug 'zarralarini olib tashlash diffuziya hodisasi, shuningdek, havo qatlamlarining tabiiy yoki sun'iy konvektsiyasi bilan osonlashadi. Bug 'zarralari konsentratsiyasi da doimiy harorat bu sharoitda u kamayish va o'sish yo'nalishi bo'yicha ham keng doirada o'zgarishi mumkin. Bunday juftliklar to'yinmagan deb ataladi.

Suyuqlikning erkin yuzasidan yuqorida cheklangan bo'sh joy bo'lsa, boshqa rasm kuzatiladi. U bug'langan suyuqlikning bug'laridan tashqari boshqa gazsimon moddalar bilan to'ldirilganmi yoki yo'qmi, bu muhim emas. Shuni ta'kidlash kerakki, yopiq joyga bug'lanish jarayoni faqat ma'lum bir chegaragacha sodir bo'lishi mumkin. Bug'langan moddaning molekulalari yoki atomlarining bug 'holatidagi kontsentratsiyasi qanchalik ko'p bo'lsa, doimiy haroratda bu bug'larning bosimi shunchalik yuqori bo'ladi. Bunday holda, ko'payib borayotgan molekulalar yoki atomlar erkin sirt orqali suyuqlikka qaytishi mumkin. Agar bug'ga berilgan bo'shliq miqdori etarlicha kichik bo'lsa va suyuqlik etarlicha katta bo'lsa, dinamik muvozanat o'rnatilishi mumkin: vaqt birligida suyuqlikni tark etadigan zarralar soni bir xil vaqt ichida suyuqlikka qaytgan zarralar soniga teng. . Bunday holda, bug'ning doimiy massasi suyuqlik ustida bo'ladi va bu sharoitda uning zarrachalarining yuqori konsentratsiyasiga erishib bo'lmaydi. Bunday bug 'to'yingan deb ataladi.

Ma'lum bir haroratda moddaning to'yingan bug 'bosimi bitta - yagona aniq qiymatga ega bo'lishi mumkin.

Doimiy haroratda ma'lum bir moddaning to'yingan bug'iga beriladigan bo'shliq hajmining pasayishi bug'ning bir qismini suyuqlikka kondensatsiyalanishiga olib keladi, chunki uning zarralari kontsentratsiyasi ma'lum bir qiymatdan oshmasligi kerak. Bu izotermik siqilish to'yingan bug'lar odatdagidek harakat qiladigan to'yinmagan bug'larning siqilishidan farq qiladi ideal gazlar. Shuning uchun Boyl-Mariott qonuni to'yingan bug'lar uchun amal qilmaydi.

Gey-Lyusak qonuni to'yingan bug'larga ham taalluqli emas, chunki ularga berilgan hajm haroratga bog'liq emas.

To'yingan bug 'va Charlz qonuniga taalluqli emas. Haroratning oshishi bilan ideal gazlar yoki to'yinmagan bug'lar izoxorik jarayonda ularning zarrachalarining o'rtacha kinetik energiyasi ortadi, bu ularning bir-biri bilan va tomir devorlari bilan tez-tez to'qnashuviga olib keladi, ya'ni. bosimning oshishiga.

Berilgan yopiq idishda qandaydir moddaning toʻyingan bugʻi borligi haqida ishonch bilan aytish mumkinki, agar idishda shu modda boʻlsa suyuqlik holati va uning suyuq fazasining massasi o'zgarmaydi.

Masalan, ular oldimizga yopiq shisha idish qo'yib, unda to'yingan yoki to'yinmagan suv bug'lari borligini hech qanday o'lchovsiz aniqlashimizni so'raydilar.

Bu savolga javob berish uchun siz bir necha daqiqa kutishingiz kerak, shunda idishning tarkibi atrofdagi havo bilan termodinamik muvozanatga kelish uchun vaqt topadi. Buning sababi shundaki, biz idish xonadan qanday haroratda olib kelinganligini bilmaymiz va bug'ning doimiy hajmdagi haroratining o'zgarishi bug'ni to'yinmagan holatdan to'yingan holatga olib kelishi mumkin va aksincha. . Agar muvozanat o'rnatilgandan so'ng, idishning ichki devorlarida suvning kondensatsiyasi bo'lmasa, shuni aytishimiz kerakki, kuzatuv o'tkaziladigan haroratda idishda to'yinmagan bug' mavjud. Agar idishning devorlarida suv tomchilari paydo bo'lsa, bug 'to'yingan.

Havodagi suv bug'lari

Yer atmosferasi doimo suv bug'ini o'z ichiga oladi. Ularning mavjudligi juda tez-tez hisobga olinishi kerak. Xususan, yopiq yoki yomon havalandırılan xonalarda, quritish kameralarida va hokazolarda havo namligini aniq baholash kerak.

Uchun miqdoriy aniqlash Havodagi suv bug'ining miqdori ikkita qiymatdan foydalanadi - mutlaq namlik (f) va nisbiy namlik (B).

Mutlaq namlik deyiladi jismoniy miqdor, bir kubometr havodagi suv bug'ining massasi bilan o'lchanadi. Shunday qilib, mutlaq namlik zichlik o'lchamiga to'g'ri keladi, lekin amalda ular odatda birlikdan foydalanadilar - 1 g / m 3.

Oxirgi holat, g / m 3 da ifodalangan mutlaq namlik f ning raqamli qiymatdan ozgina farq qilishi bilan bog'liq. qisman bosim simob millimetrida o'lchangan bir xil sharoitda suv bug'lari p.

Havodagi suv bug'ining qisman bosimi p ning to'yingan suv bug'ining bosimiga foiz nisbati p n.p. ma'lum bir haroratda nisbiy namlik deyiladi:

Hisoblashda nisbiy namlik bu formula bo'yicha bosim p va p n.s. bir xil birliklarda o'lchanishi kerak. Odatda ular paskallarda emas, balki simob millimetrlarida o'lchanadi. P n.larning qiymati jadvallardan aniqlanadi.

Sovutish paytida havo suv bug'i bilan to'yingan haroratga shudring nuqtasi deyiladi.

ISIQLIK UZATISH ASOSLARI

Issiqlik almashinuvi - bu jismlar orasidagi issiqlik almashinuvi jarayonlari va issiqlikning bir jism ichida taqsimlanishini o'rganadigan fan. Issiqlik uzatish qonunlarini o'rganish mashinalar, dvigatellar, apparatlar va boshqalarning ish jarayonlarida deyarli hamma joyda sodir bo'ladigan issiqlik oqimlarini boshqarish uchun zarurdir.

Issiqlik uzatish nazariyasida ikkita asosiy savol ko'rib chiqiladi:

I. Berilgan sharoitda bir jismdan ikkinchisiga o'tadigan yoki tananing bir qismidan ikkinchisiga o'tadigan issiqlik miqdorini aniqlash.

II. Issiqlik uzatish jarayonida ishtirok etadigan tananing turli qismlarida haroratni aniqlash.

Issiqlik uzatish uchun zarur va etarli shart - bu harorat farqi.

Issiqlik uch yo'l bilan uzatiladi: o'tkazuvchanlik, konveksiya va radiatsiya.

Issiqlik o'tkazuvchanligi - bu tananing alohida qismlarini turli haroratlar bilan bevosita aloqa qilish orqali issiqlik energiyasini taqsimlash jarayoni.

Konveksiya - bu suyuqlik yoki gaz hajmini fazoda bir haroratli hududdan boshqa haroratli hududga ko'chirishda energiya uzatish jarayoni.

Radiatsiya (radiatsion issiqlik uzatish) - elektromagnit to'lqinlar orqali energiya uzatish jarayoni. Radiatsiya orqali issiqlik uzatish energiyaning ikki baravar o'zgarishidir: issiqroq jism elektromagnit tebranishlar ko'rinishida energiya chiqaradi, boshqa kamroq isitiladigan jism energiyani yutadi va qiziydi.

Odatda, jismlar orasidagi issiqlik almashinuvi bir vaqtning o'zida uchta usulda sodir bo'ladi. Ularning kombinatsiyasi eng xilma-xil bo'lishi mumkin. Bunday holda, issiqlik uzatish sodir bo'lgan sharoitga qarab, bir usul boshqasidan ustun bo'lishi mumkin.

Biroq, issiqlik uzatish jarayonlarini o'rganayotganda, issiqlik uzatishning turli usullarini (issiqlik o'tkazuvchanligi, konveksiya va nurlanish) aniq ajratish va alohida ko'rib chiqish kerak, chunki ular turli qonunlarga bo'ysunadi.

Issiqlik muhandislik qurilmalarida issiqlik uzatish jarayonlari barqaror (statsionar) va barqaror (statsionar bo'lmagan) rejimlarda ham davom etishi mumkin. Statsionar (barqaror) issiqlik rejimi - bu tananing istalgan nuqtasidagi harorat vaqtga bog'liq bo'lmagan rejim. Har doim statsionar rejimdan oldin statsionar bo'lmagan rejim mavjud.

Statsionar bo'lmagan issiqlik sharoitlarida sodir bo'ladigan jarayonlar (isitish va sovutish jarayonlari) juda murakkab va ularni ko'rib chiqish ushbu kurs dasturiga kiritilmagan. Shuning uchun bu erda faqat statsionar issiqlik uzatish jarayonlari ko'rib chiqiladi.

ISILIK O'TKAZISH

Asosiy tushunchalar

Issiqlik o'tkazuvchanligi - bu issiqlikning molekulyar uzatilishi davomiylik harorat farqi mavjudligi sababli.

Issiqlik uzatishning bu usuli asosan qattiq jismlarda ham bir jism ichida, ham ikki jism o'rtasida, ular bir-biri bilan aloqa qilganda sodir bo'ladi. Issiqlik o'tkazuvchanligi suyuqlik yoki gaz qatlami orqali ham amalga oshirilishi mumkin. Biroq, erigan metallar bundan mustasno, gazlar va suyuqliklar issiqlikni juda yomon o'tkazuvchilardir.

harorat maydoni. Issiqlik o'tkazish jarayoni, shuningdek, issiqlik uzatishning boshqa turlari, faqat harorat tananing turli nuqtalarida bir xil bo'lmasligi sharti bilan amalga oshiriladi. Ma'lumki, harorat tananing holatining parametridir va uning isishi darajasini tavsiflaydi. Ko'rib chiqilayotgan makonning barcha nuqtalarida ma'lum bir vaqtda harorat qiymatlari to'plami harorat maydoni deb ataladi. Matematik jihatdan harorat maydoni koordinatalar funktsiyasi sifatida ifodalanadi

Barcha nuqtalarida harorat bir xil bo'lgan sirt izotermik deyiladi.

Chunki koinotning bir nuqtasida bir vaqtning o‘zida ikki kishi bo‘la olmaydi. turli haroratlar, keyin turli izotermik sirtlar hech qachon kesishmaydi. Ularning barchasi tananing yuzasida tugaydi yoki butunlay uning ichida joylashgan.

Furye qonuni. Issiqlik oqimi - ixtiyoriy sirt orqali vaqt birligida o'tadigan Q issiqlik miqdori. Issiqlik oqimi vektori har doim haroratni pasaytirish yo'nalishiga yo'naltiriladi.

Miqdoriy jihatdan issiqlik uzatish intensivligi issiqlik oqimining zichligi q bilan tavsiflanadi.

Issiqlik oqimining zichligi yoki o'ziga xos issiqlik oqimi F sirt birligidan vaqt birligida o'tadigan issiqlik miqdori t:

Munosabatlar (51) issiqlik o'tkazuvchanlikning asosiy qonunini ifodalaydi va Furye qonuni deb ataladi.

(51) munosabatning o'ng tomonidagi minus belgisi issiqlik oqimi va harorat gradienti vektorlari qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilganligini bildiradi.

(51) ifodadagi proportsionallik koeffitsienti l moddaning fizik parametri bo'lib, issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti deb ataladi. Bu moddaning issiqlik o'tkazish qobiliyatini tavsiflaydi.

Issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientining o'lchami (51) ifodadan aniqlanadi:

Binobarin, issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti qiymati 1 ° C harorat farqi da birlik qalinligi bir devor orqali o'ziga xos issiqlik oqimiga teng sonli katta l, yaxshi moddaning issiqlik o'tkazgichlari hisoblanadi.

Metalllar issiqlikni yaxshi o'tkazuvchidir; quruq, sokin havo issiqlikni yomon o'tkazuvchidir. Yengil gözenekli materiallar issiqlikni yaxshi o'tkazmaydi, chunki ularning teshiklari havo bilan to'ldirilgan. Issiqlik o'tkazuvchanligi 0,2 Vt / (m-deg) dan kam bo'lgan materiallar issiqlik izolyatorlari deb ataladi. Suv yomon issiqlik o'tkazuvchanligiga ega, ammo ho'l materialning issiqlik o'tkazuvchanligi quruq holatda uning issiqlik o'tkazuvchanligiga nisbatan keskin ortadi. Buning sababi shundaki, suv issiqlikni havodan 20-25 marta yaxshi o'tkazadi. Shuning uchun tananing teshiklarini suv bilan to'ldirish uning issiqlik izolyatsiyasi xususiyatlarini keskin pasaytiradi.

Har bir jism uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientining qiymati l eksperimental tarzda topiladi. Natijalar hisob-kitoblarda qo'llaniladigan jadvallarda umumlashtiriladi.

Devorning issiqlik o'tkazuvchanligi

Yassi bir qatlamli devorlar a gacha. 6-rasmda bir hil materialdan (g'isht, metall, yog'och yoki boshqa har qanday) yasalgan qalinligi d ning tekis bir qatlamli devori ko'rsatilgan.

Faraz qilaylik, materialning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti l haroratga bog'liq emas. Devorning tashqi yuzalarida doimiy harorat t 1 >t 2 saqlanadi; harorat faqat devor tekisligiga perpendikulyar bo'lgan x o'qi yo'nalishi bo'yicha o'zgaradi, ya'ni harorat maydoni bir o'lchovli va harorat gradienti dt / dx ga teng.

Berilgan devordan o'tadigan issiqlik oqimining zichligini topamiz va devor qalinligi bo'ylab harorat o'zgarishi xarakterini aniqlaymiz.

Devor ichidan ikkita izotermik sirt bilan chegaralangan dx qalinligining elementar qatlamini tanlaylik. Ushbu qatlam uchun Furye tenglamasi shaklga ega

Integratsiyadan keyin

Ushbu tenglamadan ko'rib chiqilayotgan devordan o'tadigan issiqlik oqimining zichligini aniqlash mumkin. (53) x=d tenglamani qo'yib, t= ni olamiz t2, qayerda

(54)

Yassi devordagi issiqlik oqimining zichligi issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti l, harorat farqi () bilan to'g'ridan-to'g'ri proportsional va devor qalinligi d ga teskari proportsionaldir. Shuni yodda tutish kerakki, issiqlik oqimi haroratlarning mutlaq qiymati bilan emas, balki ularning farqi - harorat farqi bilan belgilanadi.(54) tenglama tekis devorning issiqlik o'tkazuvchanligini hisoblash formulasidir. U to'rtta q, l, d va ni birlashtiradi:

Devor qalinligining d / l issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientiga nisbati devorning issiqlik qarshiligi deb ataladi.

Tenglama (55) shuni ko'rsatadiki, o'ziga xos issiqlik oqimi harorat farqiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va devorning issiqlik qarshiligiga teskari proportsionaldir. Haqiqatan ham, (55) tenglamadagi kasrning maxraji, ya'ni d/l qanchalik katta bo'lsa, issiqlik oqimining zichligi q shunchalik past bo'ladi. Binobarin, devor qalinligi d ning ortishi yoki issiqlik o'tkazuvchanligi l ning kamayishi bilan issiqlik oqimining zichligi q kamayadi.

Issiqlik oqimining zichligini (54) formula bo'yicha aniqlab, t vaqtida F sirt tomonidan tekis devor orqali o'tkazilgan jouldagi Q issiqlikning umumiy miqdorini aniqlashimiz mumkin:

Bu tenglama to'g'ri chiziq tenglamasidir. Shunday qilib, issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientining doimiy qiymatida harorat bir hil devor qalinligi bo'yicha chiziqli ravishda o'zgaradi. Issiqlik o'tkazuvchanligi haroratga bog'liq bo'lgan hollarda, u o'zgaruvchan va hisoblash formulalari biroz murakkabroq.

Yassi sendvich devor

Amalda katta ahamiyatga ega turli issiqlik o'tkazuvchanligiga ega bo'lgan bir necha qatlamli materiallardan tashkil topgan tekis devor orqali issiqlik uzatish jarayoniga ega. Shunday qilib, masalan, bug 'qozonining metall devori, tashqi tomondan shlak bilan qoplangan, ichkarida esa shkalasi uch qavatli devordir.

Yassi uch qatlamli devor orqali issiqlik o'tkazuvchanligi bilan issiqlik uzatish jarayonini ko'rib chiqaylik (7-rasm). Bunday devorning barcha qatlamlari bir-biriga mahkam ulashgan. Qatlamning qalinligi d 1, d 2 va d 3 deb belgilanadi va har bir materialning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientlari mos ravishda l 1, l 2 va l 3 ga teng. Tashqi yuzalarning t l va t 4 haroratlari ham ma'lum. Harorat t 2 va t 3 noma'lum.

Ko'p qatlamli devor orqali issiqlik o'tkazuvchanligi bilan issiqlik uzatish jarayoni statsionar rejimda ko'rib chiqiladi, shuning uchun devorning har bir qatlamidan o'tadigan o'ziga xos issiqlik oqimi q kattaligi bo'yicha doimiy va barcha qatlamlar uchun bir xil, lekin o'z yo'lida u engib chiqadi. devorning har bir qatlamining mahalliy termal qarshiligi d / l. Shunday qilib, har bir qatlam uchun (54) formulaga asoslanib, biz quyidagilarni yozishimiz mumkin:

Tengliklarning chap va o'ng qismlarini (58) qo'shib, biz har bir qatlamdagi harorat o'zgarishlarining yig'indisidan iborat bo'lgan umumiy harorat farqini olamiz:

(59) tenglamadan kelib chiqadiki, ko'p qatlamli devorning umumiy issiqlik qarshiligi har bir qatlamning issiqlik qarshiligi yig'indisiga teng:

(58) va (59) formulalaridan foydalanib, noma'lum haroratlarning qiymatlarini olish mumkin t2 va t3:

l-konstda devorning har bir qatlamidagi harorat taqsimoti chiziqli qonunga bo'ysunadi, bu tenglikdan (58) ko'rinadi. Bir butun sifatida ko'p qatlamli devor uchun harorat egri chizig'i singan chiziqdir (7-rasmda).

Ko'p qatlamli devor uchun olingan formulalar qatlamlar o'rtasida yaxshi termal aloqa mavjud bo'lishi sharti bilan ishlatilishi mumkin. Agar qatlamlar orasida kamida kichik havo bo'shlig'i paydo bo'lsa, u holda issiqlik qarshiligi sezilarli darajada oshadi, chunki havoning issiqlik o'tkazuvchanligi juda past:

[l B03D = 0,023 Vt/(m deg)].

Agar bunday qatlamning mavjudligi muqarrar bo'lsa, u holda hisob-kitoblarda u ko'p qatlamli devorning qatlamlaridan biri sifatida qaraladi.

konvektiv issiqlik uzatish. Konvektiv issiqlik uzatish - bu qattiq jism va suyuqlik (yoki gaz) o'rtasidagi issiqlik almashinuvi bo'lib, u ham issiqlik o'tkazuvchanligi, ham konveksiya bilan birga keladi.

Suyuqlikdagi, shuningdek, qattiq jismdagi issiqlik o'tkazuvchanlik hodisasi suyuqlikning o'ziga xos xususiyatlari, xususan, issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti va harorat gradienti bilan to'liq aniqlanadi.

Konveksiyada issiqlik uzatish suyuqlikning uzatilishi bilan uzviy bog'liqdir. Bu jarayonni murakkablashtiradi, chunki suyuqlikning uzatilishi uning harakatining tabiati va tabiatiga bog'liq, jismoniy xususiyatlar suyuqliklar, sirtlarning shakllari va o'lchamlari qattiq tana va hokazo.

Harorati devor haroratidan past (yoki undan yuqori) bo'lgan qattiq devor yaqinida oqadigan suyuqlik holatini ko'rib chiqing. Suyuqlik va devor o'rtasida issiqlik almashinuvi sodir bo'ladi. Issiqlikning devordan suyuqlikka o'tishi (yoki aksincha) issiqlik uzatish deb ataladi. Nyuton shuni ko'rsatdiki, T st haroratga ega bo'lgan devor va T V haroratga ega bo'lgan suyuqlik tomonidan vaqt birligida bir-biri o'rtasida almashinadigan issiqlik Q miqdori T st - T W harorat farqi va S aloqa yuzasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir:

Q \u003d aS (T st - T quduq) (60)

Bu erda a - issiqlik uzatish koeffitsienti, bu suyuqlik va devor almashinuvining bir soniya davomida qancha qizishini ko'rsatadi, agar ular orasidagi harorat farqi 1 K va suyuqlik bilan yuvilgan sirt maydoni 1 m 2 bo'lsa. SIda issiqlik uzatish koeffitsienti birligi Vt / (m 2 K). Issiqlik uzatish koeffitsienti a ko'p omillarga va birinchi navbatda suyuqlik harakatining tabiatiga bog'liq.

Turbulent va laminar suyuqlik oqimi issiqlik uzatishning boshqa tabiatiga mos keladi. Laminar harakat paytida issiqlik suyuqlik zarrachalarining harakatiga perpendikulyar yo'nalishda, shuningdek, qattiq jismda, ya'ni issiqlik o'tkazuvchanligi bilan tarqaladi. Suyuqlikning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti kichik bo'lgani uchun issiqlik laminar oqim davomida oqimga perpendikulyar yo'nalishda juda zaif taqsimlanadi. Turbulent harakat paytida suyuqlik qatlamlari (ko'p yoki kamroq isitiladi) aralashtiriladi va bu sharoitda suyuqlik va devor o'rtasidagi issiqlik almashinuvi laminar oqimga qaraganda kuchliroqdir. Suyuqlikning chegara qatlamida (quvur devorlari yaqinida) issiqlik faqat issiqlik o'tkazuvchanligi bilan uzatiladi. Shuning uchun chegara qatlami issiqlik oqimiga katta qarshilik ko'rsatadi va harorat farqining eng katta yo'qotilishi unda sodir bo'ladi.

Harakatning tabiatiga qo'shimcha ravishda, issiqlik uzatish koeffitsienti suyuqlik va qattiq moddalarning xususiyatlariga, suyuqlikning haroratiga va boshqalarga bog'liq. Shunday qilib, issiqlik uzatish koeffitsientini nazariy jihatdan aniqlash juda qiyin. Ko'p miqdordagi eksperimental materiallarga asoslanib, konvektiv issiqlik uzatishning turli holatlari uchun issiqlik uzatish koeffitsientlarining quyidagi qiymatlari [Vt / (m 2 K) topildi:

Asosan, konvektiv issiqlik uzatish suyuqlikning uzunlamasına majburiy oqimi bilan sodir bo'ladi, masalan, quvur devorlari va u orqali oqadigan suyuqlik o'rtasida issiqlik uzatish; transvers majburiy oqim, masalan, ko'ndalang trubka to'plamini suyuqlik bilan yuvish paytida issiqlik uzatish; erkin harakat, masalan, suyuqlik va u yuvadigan vertikal sirt o'rtasidagi issiqlik almashinuvi; o'zgartirish agregatsiya holati, masalan, sirt va suyuqlik o'rtasidagi issiqlik almashinuvi, buning natijasida suyuqlik qaynaydi yoki uning bug'lari kondensatsiyalanadi.

Radiatsion issiqlik uzatish. Radiatsion issiqlik uzatish - bu issiqlikni bir jismdan ikkinchisiga nurlanish energiyasi shaklida o'tkazish jarayoni. Issiqlik texnikasida yuqori haroratlarda radiatsiya orqali issiqlik uzatish katta ahamiyatga ega. Shu sababli, yuqori harorat uchun mo'ljallangan zamonaviy issiqlik muhandislik qurilmalari ushbu turdagi issiqlik uzatishdan maksimal darajada foydalanadi.

Harorati mutlaq noldan farq qiladigan har qanday jism elektromagnit to'lqinlarni chiqaradi. Ularning energiyasi har qanday boshqa jismni o'zlashtirishi, aks ettirishi va o'zidan o'tishi mumkin. O'z navbatida, bu jism ham energiya chiqaradi, u aks ettirilgan va uzatilgan energiya bilan birga atrofdagi jismlarga (shu jumladan birinchi jismga) tushadi va yana so'riladi, ular tomonidan aks ettiriladi va hokazo. Barcha elektromagnit nurlardan infraqizil nurlarga ega. eng katta issiqlik effekti va to'lqin uzunligi 0,4-40 mikron bo'lgan ko'rinadigan nurlar. Bu nurlar issiqlik nurlari deb ataladi.

Jismlar tomonidan nurlanish energiyasini yutish va chiqarish natijasida ular o'rtasida issiqlik almashinuvi sodir bo'ladi.

Radiatsion issiqlik almashinuvi natijasida jism tomonidan yutilgan issiqlik miqdori unga tushadigan energiya va u tomonidan tarqaladigan energiya o'rtasidagi farqga teng. Agar nurlanish energiyasini o'zaro almashishda ishtirok etuvchi jismlarning haroratlari har xil bo'lsa, bunday farq nolga teng emas. Agar jismlarning harorati bir xil bo'lsa, butun tizim dinamik issiqlik muvozanatida bo'ladi. Ammo bu holatda ham jismlar nurlanishni davom ettiradi va nurlanish energiyasini o'zlashtiradi.

Jismning birlik yuzasining vaqt birligida chiqaradigan energiyasi uning emissiyasi deb ataladi. Emissiya birligi Vt/m a.

Agar tanaga Q 0 energiya vaqt birligida tushsa (8-rasm), Q R aks etadi, Q D u orqali o'tadi, Q A u tomonidan so'riladi, keyin

bu erda Q A /Q 0 \u003d A - tananing assimilyatsiya qilish qobiliyati; Q R /Q o = R - tananing aks ettirish qobiliyati; Q D /Q 0 \u003d D - tananing o'tkazuvchanligi.

Agar A \u003d 1 bo'lsa, u holda R \u003d D \u003d 0, ya'ni barcha tushgan energiya to'liq so'riladi. Bunday holda, tananing butunlay qora ekanligi aytiladi. Agar R = 1 bo'lsa, u holda A=D = 0 va nurlarning tushish burchagi aks etish burchagiga teng. Bunday holda, tana mutlaqo aynali bo'lib, aks ettirish tarqoq (barcha yo'nalishda bir xil) bo'lsa, u mutlaqo oq rangga ega. Agar D = 1 bo'lsa, u holda A=R= 0 va tana mutlaqo shaffofdir. Tabiatda na mutlaq qora, na mutlaq oq, na mutlaqo shaffof jismlar mavjud. Haqiqiy jismlar faqat ma'lum darajada bunday jismlarning biriga yaqinlasha oladi.

Turli jismlarning assimilyatsiya qilish qobiliyati har xil; Bundan tashqari, bir xil tana energiyani boshqacha qabul qiladi turli uzunliklar to'lqinlar. Biroq, shunday jismlar borki, ular uchun ma'lum bir to'lqin uzunliklarida yutilish to'lqin uzunligiga juda bog'liq emas. Bunday jismlar odatda ma'lum bir to'lqin uzunligi diapazoni uchun kulrang jismlar deb ataladi. Amaliyot shuni ko'rsatadiki, issiqlik muhandisligida ishlatiladigan to'lqin uzunliklari diapazoniga nisbatan ko'plab jismlarni kulrang deb hisoblash mumkin.

Qora jismning birlik yuzasi tomonidan vaqt birligida chiqariladigan energiya to'rtinchi darajaga proportsionaldir mutlaq harorat(Stefan-Boltzman qonuni):

E 0 \u003d s "0 T A, bu erda s" 0 - butunlay qora tananing nurlanish doimiysi:

s "0 \u003d 5.67-10-8 Vt / (m 2 - K 4).

Ushbu qonun ko'pincha shaklda yoziladi

butunlay qora jismning emissiyasi qayerda; \u003d 5,67 Vt / (m 2 K 4).

Qora jism uchun o'rnatilgan ko'plab radiatsiya qonunlari issiqlik muhandisligi uchun katta ahamiyatga ega. Shunday qilib, qozonxona pechining bo'shlig'ini butunlay qora tananing modeli deb hisoblash mumkin (9-rasm). Bunday modelga nisbatan qora jismning nurlanish qonunlari katta aniqlik bilan bajariladi. Biroq, bu qonunlar issiqlik inshootlariga nisbatan ehtiyotkorlik bilan qo'llanilishi kerak. Masalan, kulrang jism uchun Stefan-Boltzman qonuni (62) formulaga o'xshash shaklga ega:

(63)

Bu erda / nisbati emissiya darajasi deb ataladi (e qanchalik katta bo'lsa, ko'rib chiqilayotgan jism mutlaq qora rangdan shunchalik farq qiladi, 4-jadval).

Formula (63) pechlarning emissiyasini, yonayotgan yonilg'i qatlamining sirtini va boshqalarni aniqlash uchun ishlatiladi. Xuddi shu formula yonish kamerasida radiatsiya orqali o'tkaziladigan issiqlikni hisobga olgan holda, shuningdek, elementlar tomonidan qo'llaniladi. qozon agregati.

Pechning ichki qismini to'ldiruvchi jismlar doimiy ravishda nurlanadi va energiyani yutadi. Biroq, bu jismlarning tizimi issiqlik muvozanati holatida emas, chunki ularning harorati har xil: zamonaviy qozonlarda suv va bug 'o'tadigan quvurlarning harorati o'choq bo'shlig'i va ichki haroratdan ancha past. pechning yuzasi. Bunday sharoitlarda quvurlarning emissiyasi ancha past bo'ladi

4-jadval

o'choq va uning devorlarining emissiyasi. Shuning uchun ular orasidan o'tadigan radiatsiya orqali issiqlik almashinuvi asosan o'choqdan quvurlar yuzasiga energiya o'tkazish yo'nalishi bo'yicha amalga oshiriladi.

Tegishli ravishda T 1 va T 2 haroratga ega bo'lgan emissiya darajasi e 3 va e 2 bo'lgan ikkita parallel sirt o'rtasida radiatsion issiqlik almashinuvi paytida ular almashinadigan energiya miqdori formula bilan aniqlanadi.

Agar nurlanish issiqlik almashinuvi sodir bo'ladigan jismlar bir-birining ichida joylashgan S 1 va S 2 sirtlari bilan cheklangan bo'lsa, u holda kamaytirilgan nurlanish koeffitsienti formula bilan aniqlanadi.

(66)

Issiqlik uzatish

Ajratuvchi qattiq devor orqali issiq va sovuq muhit o'rtasida issiqlik almashinuvi muhandislikdagi eng muhim va tez-tez ishlatiladigan jarayonlardan biridir. Masalan, qozon agregatlarida berilgan parametrlarning bug'ini olish bir sovutish suvidan ikkinchisiga issiqlik o'tkazish jarayoniga asoslangan. Har qanday sanoatda ishlatiladigan ko'plab issiqlik almashinuvi qurilmalarida asosiy ish jarayoni issiqlik tashuvchilar orasidagi issiqlik almashinuvi jarayonidir. Bu issiqlik uzatish issiqlik uzatish deb ataladi.

Misol uchun, qalinligi d ga teng bo'lgan bir qatlamli (10-rasm) devorni ko'rib chiqing. Devor materialining issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti l ga teng. Chap va o'ngdagi devorni yuvadigan muhitning harorati ma'lum va t 1 va t 2 ga teng. Biz t 1 >t 2 ekanligini qabul qilamiz. Keyin devor sirtlarining haroratlari mos ravishda t st1 > /t st2 bo'ladi. Isitish vositasidan qizdirilgan muhitga devor orqali o'tadigan issiqlik oqimi q ni aniqlash talab qilinadi.

Ko'rib chiqilayotgan issiqlik uzatish jarayoni statsionar rejimda davom etganligi sababli, birinchi issiqlik tashuvchisi (issiq) tomonidan devorga berilgan issiqlik u orqali ikkinchi issiqlik tashuvchisiga (sovuq) o'tadi. Formuladan (54) foydalanib, biz quyidagilarni yozishimiz mumkin:

Ushbu tengliklarni qo'shib, biz umumiy harorat farqini olamiz:

Tenglikning maxraji (68) issiqlik qarshiligining yig'indisi bo'lib, u issiqlik o'tkazuvchanligi issiqlik qarshiligi d / l va ikkita issiqlik issiqlik uzatish qarshiligi l / a 1 va 1 / a 2 dan iborat.

Biz belgini kiritamiz

K qiymati issiqlik uzatish koeffitsienti deb ataladi.

Issiqlik uzatish koeffitsientining o'zaro nisbati issiqlik uzatishga umumiy issiqlik qarshiligi deb ataladi:

(71)

Molekulyar-kinetik nazariya moddaning nima uchun gazsimon, suyuq va qattiq holatda bo'lishi mumkinligini tushunish bilan birga, moddaning bir holatdan ikkinchi holatga o'tish jarayonini tushuntirishga ham imkon beradi.

Bug'lanish va kondensatsiya. Ochiq idishdagi suv yoki boshqa suyuqlik miqdori asta-sekin kamayadi. Suyuqlikning bug'lanishi sodir bo'ladi, uning mexanizmi VII sinf fizikasi kursida tasvirlangan. Xaotik harakat paytida ba'zi molekulalar shunchalik katta kinetik energiyaga ega bo'lib, qolgan molekulalarning tortishish kuchlarini yengib, suyuqlikni tark etadilar.

Bug'lanish bilan bir vaqtda teskari jarayon sodir bo'ladi - tasodifiy harakatlanuvchi bug 'molekulalarining bir qismini suyuqlikka o'tkazish. Bu jarayon kondensatsiya deb ataladi. Agar idish ochiq bo'lsa, suyuqlikni tark etgan molekulalar qaytib kelmasligi mumkin

suyuqlik. Bunday hollarda bug'lanish kondensatsiya bilan qoplanmaydi va suyuqlik miqdori kamayadi. Idish ustidagi havo oqimi hosil bo'lgan bug'larni olib ketganda, suyuqlik tezroq bug'lanadi, chunki bug 'molekulasining yana suyuqlikka qaytish imkoniyati kamroq bo'ladi.

To'yingan bug '. Agar suyuqlik bilan idish mahkam yopilgan bo'lsa, unda uning pasayishi tez orada to'xtaydi. Doimiy haroratda "suyuqlik - bug '" tizimi termal muvozanat holatiga keladi va unda o'zboshimchalik bilan uzoq vaqt qoladi.

Birinchi lahzada suyuqlik idishga quyilgan va yopilgandan so'ng, u bug'lanadi va suyuqlik ustidagi bug 'zichligi ortadi. Biroq, shu bilan birga, suyuqlikka qaytib keladigan molekulalar soni ortadi. Bug 'zichligi qanchalik katta bo'lsa, suyuqlikka qaytib keladigan bug' molekulalari soni shunchalik ko'p bo'ladi. Natijada, doimiy haroratda yopiq idishda suyuqlik va bug 'o'rtasida dinamik (harakatlanuvchi) muvozanat oxir-oqibat o'rnatiladi. Suyuqlik yuzasidan chiqadigan molekulalar soni bir vaqtning o'zida suyuqlikka qaytgan bug' molekulalari soniga teng bo'ladi. Bug'lanish jarayoni bilan bir vaqtda kondensatsiya sodir bo'ladi va ikkala jarayon ham o'rtacha bir-birini qoplaydi.

Suyuqligi bilan dinamik muvozanatda bo'lgan bug' to'yingan bug' deyiladi. Bu nom ma'lum bir haroratda ma'lum hajmda ko'proq bug'ni o'z ichiga olmaydi, deb ta'kidlaydi.

Agar suyuqlik bilan idishdan havo ilgari pompalansa, u holda suyuqlik yuzasidan faqat to'yingan bug 'bo'ladi.

To'yingan bug 'bosimi. To'yingan bug'ning egallagan hajmi kamaytirilsa, masalan, silindr ichidagi suyuqlik bilan muvozanat holatidagi bug'ni piston ostida siqib, silindr tarkibidagi haroratni o'zgarmas holda ushlab tursa, u bilan nima sodir bo'ladi?

Bug 'siqilganda, muvozanat buzila boshlaydi. Birinchi daqiqada bug 'zichligi biroz oshadi va suyuqlikdan gazga qaraganda ko'proq molekulalar gazdan suyuqlikka o'ta boshlaydi. Bu muvozanat va zichlik yana o'rnatilgunga qadar davom etadi va shuning uchun molekulalarning kontsentratsiyasi bir xil qiymatni olmaydi. Shuning uchun to'yingan bug 'molekulalarining kontsentratsiyasi doimiy haroratda hajmga bog'liq emas.

Bosim formulaga muvofiq kontsentratsiyaga mutanosib bo'lganligi sababli, to'yingan bug'lar kontsentratsiyasining (yoki zichligi) hajmdan mustaqilligidan to'yingan bug' bosimining u egallagan hajmdan mustaqilligi kelib chiqadi.

Suyuqlik o'z bug'i bilan muvozanatda bo'lgan hajmdan mustaqil bug' bosimi to'yingan bug' bosimi deb ataladi.

To'yingan bug 'siqilganda, uning ko'proq qismi suyuq holatga o'tadi. Berilgan massali suyuqlik bir xil massali bug'dan kichikroq hajmni egallaydi. Natijada, doimiy zichlikdagi bug'ning hajmi kamayadi.

“Gaz”, “bug” so‘zlarini ko‘p ishlatganmiz. Gaz va bug 'o'rtasida fundamental farq yo'q va bu so'zlar odatda ekvivalentdir. Lekin biz ma'lum, nisbatan kichik harorat oralig'iga o'rganib qolganmiz muhit. "Gaz" so'zi odatda oddiy haroratlarda to'yingan bug 'bosimi atmosferadan yuqori bo'lgan moddalarga nisbatan qo'llaniladi (masalan, karbonat angidrid). Aksincha, ular xona haroratida to'yingan bug 'bosimi atmosfera bosimidan past bo'lsa va modda suyuq holatda (masalan, suv bug'i) barqarorroq bo'lsa, bug' haqida gapirishadi.

To'yingan bug 'bosimining hajmdan mustaqilligi bug'ning suyuqlik bilan izotermik siqilishi bo'yicha ko'plab tajribalarda aniqlangan. Katta hajmdagi moddaning ichida bo'lsin gazsimon holat. Izotermik siqilish ortishi bilan uning zichligi va bosimi ortadi (51-rasmdagi AB izotermasi kesimi). Bosimga yetganda, bug 'kondensatsiyalana boshlaydi. Bundan tashqari, to'yingan bug 'siqilganda, barcha bug' suyuqlikka aylanmaguncha bosim o'zgarmaydi (51-rasmda BC to'g'ri chiziq). Shundan so'ng, siqish paytida bosim keskin ko'tarila boshlaydi (egri chiziqning bir qismi, chunki suyuqliklar ozgina siqiladi.

51-rasmda ko'rsatilgan egri chiziq haqiqiy gaz izotermasi deb ataladi.